Фазовая манипуляция
Фазовая манипуляция (ФМн; английский термин — phase shift keying, PSK), при которой скачкообразно меняется фаза несущего колебания, тоже является частным случаем квадратурной манипуляции (см. далее).
На практике фазовая манипуляция используется при небольшом числе возможных значений начальной фазы — как правило, 2, 4 или 8. Кроме того, при приеме сигнала сложно измерить абсолютное значение начальной фазы; значительно проще определить относительный фазовый сдвиг между двумя соседними символами. Поэтому обычно используется фазоразностная манипуляция (синонимы — дифференциальная фазовая манипуляция, относительная фазовая манипуляция; английский термин — differential phase shift keying, DPSK).
Демодуляция фазовой манипуляции может выполняться тем же методом, что и в случае квадратурной манипуляции (путем умножения на несущее колебание). Применительно к ФМн данный метод демодуляции часто называется корреляционным.
Пример
Фазовая манипуляция осуществляется функциями dmod (формируется вещественный выходной сигнал) и dmodce (формируется комплексная огибающая) пакета Communications при указании в них параметра типа модуляции 'psk'. Следующий за ним параметр M указывает количество используемых градаций начальной фазы. Символы, подлежащие передаче, должны принимать целочисленные значения, лежащие в диапазоне 0…M–1. Символу kсоответствует значение начальной фазы, равное 2p k/M радиан, или 360k/M градусов.
В качестве примера построим график сигнала, содержащего все возможные символы при 4-позиционной ФМн:
M = 4; % количество позиций манипулЯции
sy = 0:M-1; % передаваемые символы
Fd = 1; % символьнаЯ скорость
Fc = 4; % несущаЯ частота
FsFd = 40; % отношение Fs/Fd
Fs = Fd * FsFd; % частота дискретизации
% формируем ФМн-сигнал
[s_psk, t] = dmod(sy, Fc, Fd, Fs, 'psk', M);
plot(t, s_psk)
На графике видны скачки фазы на 90° , происходящие при переходе от одного символа к другому.
Частотная манипуляция
При частотной манипуляции (ЧМн; английский термин — frequency shift keying, FSK) каждому возможному значению передаваемого символа сопоставляется своя частота. В течение каждого символьного интервала передается гармоническое колебание с частотой, соответствующей текущему символу. При этом возможны различные варианты, различающиеся выбором начальной фазы отдельных синусоидальных посылок.
Первый способ — когда все посылки, соответствующие одному закону передаваемого символа, имеют одинаковую начальную фазу, то есть являются идентичными. При этом можно заранее сформировать наборы отсчетов для всех возможных дискретных символов. Тогда осуществление частотной манипуляции сводится к последовательной передаче заранее рассчитанных последовательностей отсчетов, соответствующих поступающим символам. Однако если используемые частоты манипуляции не кратны символьной скорости, сформированный таким образом ЧМн-сигнал будет содержать разрывы (скачки) на стыках символов. Вследствие этого спектр сигнала будет иметь всплески на частотах, кратных символьной скорости.
Второй способ — непрерывная генерация колебаний всех необходимых частот и осуществление переключения между этими сигналами в соответствии с поступающими символами. Данный метод также не гарантирует отсутствие скачков на стыках символов, но вследствие того, что начальные фазы посылок меняются от символа к символу, скачки возникают не на всех стыках, и их величина оказывается различной. В результате возникающие из-за скачков всплески спектра в данном случае выражены слабее. Именно этот вариант формирования ЧМн-сигнала используется в функциях dmod и dmodce пакета Communications.
Наконец, третий способ — когда поступающие для передачи символы управляют скоростью линейного нарастания текущей фазы, а частотно-манипулированный сигнал формируется путем вычисления косинуса этой текущей фазы. При этом фазовая функция, а значит, и сам ЧМн-сигнал оказываются непрерывными (не имеющими скачков). Данный способ сложнее в реализации, но он дает наиболее компактный спектр сигнала. ЧМн-сигнал, полученный таким образом, называется частотно-манипулированным сигналом с непрерывной фазовой функцией (continuous phase frequency shift keying — CPFSK).